DE576999C

DE576999C - Hydraulic rotary compressor with eccentrically mounted rotor

Info

Publication number: DE576999C
Application number: DE1930576999D
Authority: DE
Original assignee: Sulzer AG; Gebrueder Sulzer AG
Current assignee: Sulzer AG
Priority date: 1930-09-28
Filing date: 1930-09-28
Publication date: 1933-05-22

Description

Hydraulischer Umlaufverdichter mit exzentrisch gelagertem Rotor Es sind bereits hydraulische Umlaufverdichter vorgeschlagen worden, bei welchen ein zur Drehachse einer umlaufenden Flüssig-],zeit exzentrisch gelagerter Rotor derart mit der Flüssigkeit umläuft, daß zwischen dem Rotor und dem Flüssigkeitsspiegel mindestens ein sichelförmiger Arbeitsraum entstelit, der durch die radiale Steigung der schraubenförmigen Wandung im Verlauf der Drehung des Verdichters exzentrisch verdrängt wird, wobei das im Arbeitsraum enthaltene Gas verdichtet wird. Der innere Rotor der bisher bekanntgewordenen Verdichter dieser Art besteht im allgemeinen aus einem mit schraubenförmigen Rippen versehenen Zylinder oder Kegelstumpf. Die zylindrischen Rotoren besitzen keine radiale Steigung und ergeben somit nur kleine Verdichtungsverhältnisse. Die kegeligen Rotoren sind hydraulisch ungünstig, weil die Wasseroberfläche der Hilfsflüssigkeit unter dem Einfluß der Fliehkräfte sich achsparallel einzustellen versucht und hydraulische Verluste dort auftreten, wo der zylindrische Wasserspiegel im Verlauf der Drehung mit der kegelförmigen Rotorwandung wieder zusammentrifft.Hydraulic rotary compressor with eccentrically mounted rotor Es hydraulic rotary compressors have already been proposed in which a to the axis of rotation of a rotating liquid -], time eccentrically mounted rotor such with the liquid that circulates between the rotor and the liquid level at least one sickle-shaped working space is created, which is caused by the radial slope the helical wall eccentrically in the course of the rotation of the compressor is displaced, whereby the gas contained in the working space is compressed. The inner one The rotor of the previously known compressors of this type is generally made from a cylinder or truncated cone provided with helical ribs. the cylindrical rotors do not have a radial pitch and therefore only produce small ones Compression ratios. The conical rotors are hydraulically unfavorable because the water surface of the auxiliary liquid under the influence of centrifugal forces itself Tried to adjust axially parallel and hydraulic losses occur where the cylindrical water level in the course of the rotation with the conical rotor wall meets again.

Die Erfindung betrifft einen Verdichter dieser Art und besteht darin, daß die Rotorwandung achsparallel abgestuft ist. Diese Anordnung bietet den Vorteil, daß diese hydraulischen Verluste durch den übereinstimrnenden Verlauf der Wasseroberfläche und des Rotormantels jedes einzelnen Arbeitsraumes vermieden werden und auf der ganzen Breite des Arbeitsraumes auf ihren geringsten Wert beschränkt werden können.The invention relates to a compressor of this type and consists in that the rotor wall is stepped axially parallel. This arrangement offers the advantage that these hydraulic losses are caused by the congruent course of the water surface and the rotor shell of each individual working space can be avoided and on the the entire width of the working area can be limited to their smallest value.

Ein Beispiel des Erfindungsgegenstandes ist auf der Zeichnung dargestellt.An example of the subject matter of the invention is shown in the drawing.

Fig. i ist ein Axialschnitt durch einen Verdichter nach der Erfindung.Fig. I is an axial section through a compressor according to the invention.

Fig. 2 ist ein Schnitt nach der Linie 1-1 der Fig. 1.FIG. 2 is a section along line 1-1 of FIG. 1.

Fig. 3 zeigt schematisch das Getriebe des Verdichters.Fig. 3 shows schematically the transmission of the compressor.

Fig. 4 zeigt eine weitere Ausführungsform des Rotors.Fig. 4 shows a further embodiment of the rotor.

Nach Fig. i ist der die Flüssigkeit i enthaltende Zylinder :2 mit den Seitenscheiben 3 und .f versehen. Die Hohlwellen der beiden Seitenscheiben 3 und 4. sind in den Lagern 5, 6, 7 und 8 um die Achse 9 drehbar gelagert. Um den Betrag E gegenüber der Achse 9 exzentrisch verschoben, ist die Rotorwelle io in den Lagern 11, 12, 13 und 14 gelagert. Auf der Welle io ist -der Rotor 15 angeordnet, dessen äußere Wandung mit einer schraubenförmigen Furche versehen ist, die sowohl in axialer Richtung als auch in radialer Richtung eine Steigung besitzt. Diese Furche wird durch die eigentliche Mantelfläche 16 des Rotors und durch seitliche Rippen 17 gebildet. Auf der rechten Seite des Rotors und durch Bolzen 18 kraftschlüssig mit ihm verbunden befindet sich die Entlastungsscheibe i9. Auf dieser ist die mit einer Stopfbüchse 2o versehene Hohlwelle 21 angeordnet.According to Fig. I, the cylinder containing the liquid i is: 2 with the side windows 3 and .f. The hollow shafts of the two side windows 3 and 4. are rotatably mounted about the axis 9 in the bearings 5, 6, 7 and 8. To the Shifted amount E eccentrically with respect to the axis 9, the rotor shaft is io in the bearings 11, 12, 13 and 14 stored. The rotor 15 is arranged on the shaft io, whose outer wall is provided with a helical groove that both has a slope in the axial direction as well as in the radial direction. This furrow is made by the actual outer surface 16 of the rotor and by lateral ribs 17 formed. On the right side of the rotor and by means of bolts 18 frictionally connected to it is the balancing disc i9. On this one is with a stuffing box 2o provided hollow shaft 21 is arranged.

Während des Betriebes befinden sich - der Rotor, der Zylinder und die Flüssigkeit in gleichmäßiger Drehung. Da die Rotorfurclie linksgängig ausgebildet ist, muß sich der Verdichter von links aus gesehen im Uhrzeigersinn drehen. Wie Fig. 2, die ebenfalls von links aus gesehen ist, erkennen läßt, bildet sich zwischen dem zylindrischen Flüssigkeitsspiegel 22, dessen Achse mit der Drehachse 9 des Zylinders 2 zusammenfällt, und der Mantelfläche 16 des Rotors ein sichelförmiger Arbeitsraum 23, in welchem sich das zu fördernde Gas befindet. Dadurch, daß der Kompressor in Richtung der Pfeile 24 und 25 umläuft und die schraubenförmige Furche des Rotors eine linksgängig zunehmende Steigung S aufweist, wird im Verlauf der" Drehung des Kompressors der sichelförmige Arbeitsraum 23 immer mehr nach außen gedrückt, bis das darin eingeschlossene Gas auf der Druckseite des Rotors in den Sammelraum 26 übertritt.During operation there are - the Rotor that Cylinder and the liquid in uniform rotation. Since the rotor furclie left-handed is designed, the compressor must turn clockwise as seen from the left turn. As shown in FIG. 2, which is also seen from the left, can be seen, forms between the cylindrical liquid level 22, the axis of which with the axis of rotation 9 of the cylinder 2 coincides, and the lateral surface 16 of the rotor is a sickle-shaped one Working space 23 in which the gas to be pumped is located. Because the The compressor rotates in the direction of arrows 24 and 25 and the helical groove of the rotor has a left-handed increasing slope S, is in the course of the " Rotation of the compressor, the crescent-shaped working space 23 is pressed more and more outwards, until the gas trapped therein enters the plenum on the pressure side of the rotor 26 crosses.

In Fig. i sind die Arbeitsräume 23 der einzelnen Schraubengänge in verschiedenen Stadien der Verdichtung zu erkennen. Im Sammelraum 26 stellt sich der Fliissigkeitsspiegel in Abhängigkeit des im Sammelraum herrschenden Druckes ein. Das geförderte Gas entweicht durch die Hohlwelle 21 und kann ani Druckstutzen 27 entnommen -werden.In Fig. I, the working spaces 23 of the individual screw threads can be seen in different stages of compression. In the collecting space 26, the liquid level is adjusted as a function of the pressure prevailing in the collecting space. The pumped gas escapes through the hollow shaft 21 and can be removed from the pressure port 27.

Es ist ohne weiteres klar, daß sich, auch nur bei teilweiser Füllung des Zylinders mit Flüssigkeit, ein Arbeitsraum 23 bilden wird. Sobald dieser sichelförmige Arbeitsraum durch die Berührung der oberen Wandung des Rotors mit der Flüssigkeit von der Außenluft abgeschlossen wird, wird er durch die schraubenförmigen Windungen des Rotors im Verlauf der Drehung des Verdichters nach außen gedrückt.It is immediately clear that, even if only partially filled of the cylinder with liquid, a working space 23 will form. Once this sickle-shaped Working space through the contact of the upper wall of the rotor with the liquid is closed from the outside air, it is closed by the helical turns of the rotor is pushed outwards in the course of the rotation of the compressor.

Die erzeugte Druckhöhe steigt, wenn die Flüssigkeitsfüllung des Zylinders vergrößert wird. Dadurch wird aber die Fördermenge kleiner, weil dann der sichelförmige Arbeitsraum der ersten (kleinsten) Windung des Rotors, die für die Fördermenge maßgebend ist, verkleinert wird. Andererseits wird die Fördermenge des Verdichters größer, wenn der Flüssigkeitsinhalt des Zylinders klein ist, weil dann die, ersten Arbeitsräume 23 größer sind. In diesem Falle jedoch wird-die größte Druckhöhe des geförderten Gases kleiner.The pressure head generated increases when the liquid filling the cylinder is enlarged. As a result, however, the delivery rate is smaller, because then the sickle-shaped Working space of the first (smallest) turn of the rotor, which is decisive for the delivery rate is reduced in size. On the other hand, the flow rate of the compressor increases, if the liquid content of the cylinder is small, because then the first working spaces 23 are larger. In this case, however, the greatest pressure head of the conveyed Gas smaller.

Daraus ergibt sich, daß durch größere oder kleinere Bemessung des Sammelraumes 26 die Leistungscharakteristik des Verdichters zum voraus festgelegt werden kann. Ist nämlich dieser Saininelrauin verhältnismäßig breit, so wird die im Sammelraum befindliche Flüssig-],zeit beim Zunehmen des Gasdruckes nach außen verdrängt, wodurch der Arbeitsraum der kleinsten Rotorwindung verkleinert wird. Dies hat aber zur Folge, daß die angesaugte Gasmenge ebenfalls abnimmt und infolgedessen auch die vom Verdichter verlangte Leistung. Nimmt dagegen der Druck im Sammelraum 26 ab, so füllt er sich mit Flüssigkeit, so daß der Flüssigkeitsspiegel zu beiden Seiten des Rotors abnimmt und die angesaugte Gasmenge infolgedessen wieder zunimmt. Dies ermöglicht eine selbsttätige Regelung des Verdichters.It follows that by larger or smaller dimensioning of the Collecting space 26, the performance characteristics of the compressor set in advance can be. If this Saininelrauin is comparatively wide, it will be liquid in the collecting space -], time when the gas pressure increases to the outside displaced, whereby the working space of the smallest rotor winding is reduced. However, this has the consequence that the amount of gas sucked in also decreases and consequently also the performance required by the compressor. If, on the other hand, the pressure in the collecting space decreases 26 from, it fills with liquid, so that the liquid level to both Side of the rotor decreases and the amount of gas sucked in increases again as a result. This enables the compressor to be regulated automatically.

Wird nicht der Zylinder, sondern der Rotor durch die Antriebsmaschine des Verdichters angetrieben, so wird der Zylinder durch die Flüssigkeitsreibung mitgenommen und in Drehung erhalten. Wird jedoch der Zylinder durch den Motor angetrieben, so muß zwischen dem Rotor und dem Zylinder ein Getriebe eingeschaltet werden, durch welches die Winkelgeschwindigkeit des Zylinders auf den Rotor und umgekehrt übertragen wird.Not the cylinder, but the rotor through the prime mover of the compressor, the cylinder is driven by the fluid friction taken and kept turning. However, if the cylinder is driven by the engine, so a gearbox must be switched on between the rotor and the cylinder which transmit the angular velocity of the cylinder to the rotor and vice versa will.

Zu diesem Zweck eignet sich wegen seiner Einfachheit das in Fiji. 3 schematisch dargestellte Getriebe. Auf dem oberen Kreis 28, der z. B. auf der mit dem Rotor verbundenen Scheibe ig gleichachsig angeordnet ist, sind sechs als Umlaufkörper ausgebildete Zapfen 29 vorgesehen. Auf dem unteren Ring 30, der beispielsweise auf der Scheibe 3 gleichachsig zur Achse 9 angeordnet ist, sind ebenfalls sechs Zapfen 31 angebracht. hie aus Fig. 3 zu erkennen ist, müssen die Zapfen so bemessen sein, daß die beiden Achsen der einzelnen Zapfen jedes Paares um die Exzentrizität E gegeneinander versetzt sind, wenn sie miteinander in Eingriff stehen.For this purpose, the one in Fiji is suitable because of its simplicity. 3 transmission shown schematically. On the upper circle 28, the z. B. on the with the rotor connected disk ig is arranged coaxially, six are as Recirculating body formed pin 29 is provided. On the lower ring 30, for example is arranged on the disc 3 coaxially to the axis 9, there are also six Pin 31 attached. As can be seen from Fig. 3, the pin must be so dimensioned be that the two axes of the individual tenons of each pair about the eccentricity E are offset from one another when they are in engagement with one another.

An Stelle von Zapfen lassen sich selbstverständlich auch andere, z. B. hohle Umlaufkörper verwenden. Um durch Ausführungsungenauigkeiten auftretende Schwingungen oder Geräusche zu dämpfen, empfiehlt es sich, wenigstens den einen Umlaufkörper jedes Paares mit einem gegen Stöße unempfindlichen Material, z. B. Gummi, zu überziehen. Anstatt durch ein Getriebe kann der Rotor auch durch federnde Organe finit dem Zylinder gekuppelt sein. Das Wesentliche ist, daß sowohl der Rotor als auch der Zylinder mit gleichmäßiger Winkelgeschwindigkeit umlaufen.Instead of pegs, of course, others can also be used, e.g. B. use hollow recirculating bodies. To avoid execution inaccuracies To dampen vibrations or noises, it is advisable to at least one Recirculating body of each pair with a material that is insensitive to impacts, e.g. B. Rubber to cover. Instead of a gearbox, the rotor can also be spring-loaded Organs are finite coupled to the cylinder. The essential thing is that both the rotor and the cylinder rotate at a uniform angular velocity.

Es empfiehlt sich, den Rotor einfach oder doppelt nach Fig. 4 auszubilden, nach welcher die saugseitigen Windungen des Rotors breiter gehalten sind als die druckseitigen, so daß also die a-xiale Steigung des Rotors veränderlich wird.It is advisable to design the rotor single or double according to Fig. 4, according to which the suction-side turns of the rotor are kept wider than the on the pressure side, so that the axial pitch of the rotor is variable.

Die Verdichtungswärme kann dadurch abgeleitet werden, daß auf der Druckseite beständig oder zeitweise kühle Flüssigkeit eingeführt und auf der Saugseite des Verdichters eine entsprechende Menge Flüssigkeit wieder entnommen wird. Um den Flüssigkeitsspiegel im Verdichter zu regeln. können in den Seitenwänden 3 und 4 oder auch nur auf einer Seite in angemessener Höhe Öffnungen vorgesehen sein, durch welche der Überschuß anFlüssigkeit abfließen kann. Ein anderes Mittel, um den Flüssigkeitsspiegel im Zylinder zu beeinflussen, besteht darin, der Drehrichtung der Flüssigkeit entgegengerichtete Fangdüsen, z. B. ein zugeschärftes Rohrstück, ruhend anzuordnen, so daß beim 'Steigen des Flüssigkeitsspiegels die Flüssigkeit vermöge ihrer kinetischen Energie durch ein an die Fangdüse angeschlossenes Ablaufrohr selbsttätig abgeführt werden kann.The heat of compression can be derived that on the Pressure side continuously or intermittently cool liquid introduced and on the suction side a corresponding amount of liquid is withdrawn from the compressor. To the To regulate the liquid level in the compressor. can in the side walls 3 and 4 or only on one side at an appropriate height openings are provided through which the excess of liquid can drain off. Another means to influence the liquid level in the cylinder is to change the direction of rotation collecting nozzles directed in the opposite direction to the liquid, e.g. B. a sharpened pipe section, to be arranged at rest, so that when the liquid level rises, the liquid by virtue of their kinetic energy through a drain pipe connected to the collecting nozzle can be discharged automatically.

Für normale Drücke eignet sich Wasser als Betriebsflüssigkeit. Für sehr hohe Drücke eignet sich am besten eine spezifisch schwere Flüssigkeit, z. B. Quecksilber.For normal pressures, water is suitable as an operating fluid. For very high pressures, a specifically heavy liquid, e.g. B. Mercury.

Wenn es sich darum handelt, anstatt neutrale Gase, wie z. B. Luft, Gase zu fördern, die z. B. mit Wasser in chemische Verbindung treten oder stark gelöst würden, so empfiehlt es sich, chemisch neutrale Flüssigkeiten, die dem betreffenden Gas von Fall zu Fall angepaßt sind, zu verwenden.If it is, instead of neutral gases, such as. B. air, To promote gases that z. B. chemical contact with water or strong would be dissolved, it is advisable to use chemically neutral liquids that are suitable for the Gas adapted on a case-by-case basis.

Es ist nicht unbedingt nötig, daß die beiden Achsen des Rotors und des Zylinders parallel sind. In besonderen Fällen kann es von Vorteil sein, wenn sich die beiden Achsen schneiden oder windschief zueinander angeordnet sind. Wenn es z. B. gilt, die äußeren Abmessungen des Verdichters aufs äußerste zu vermindern, so könnte es von Vorteil sein, die Exzentrizität auf der Druckseite zu verkleinern, was ohne Nachteil möglich wäre, da der Zentriwinkel x (Fig. a) des sichelförmigen Arbeitsraumes der großen Windungen wesentlich kleiner ist als der Zentriwinkel des sichelförmigen Arbeitsraumes der ersten bzw. kleinsten Windung. In diesem Falle z. B. würden sich die beiden Achsen des Rotors und des Zylinders schneiden.It is not absolutely necessary that the two axes of the rotor and the cylinder be parallel. In special cases it can be advantageous if the two axes intersect or are arranged skewed to one another. If it z. If, for example, the outer dimensions of the compressor are to be reduced to the utmost, it could be advantageous to reduce the eccentricity on the pressure side, which would be possible without disadvantage, since the central angle x (Fig. A) of the sickle-shaped working space of the large turns is significantly smaller than the central angle of the sickle-shaped working space of the first or smallest turn. In this case, for. B. the two axes of the rotor and the cylinder would intersect.

Die radiale Steigung S kann zwischen den Grenzwerten Null und q. E wechseln (Fig. _9). Bei kleineren Einheiten kann an Stelle oder in Ergänzung des Flüssigkeitsumlaufs der Zylinder mit Kühlrippen versehen sein, so daß die Verdichtungswärme ganz oder teilweise an die Vmgebungsluft abgegeben wird.The radial slope S can be between the limit values zero and q. E. change (Fig. _9). For smaller units, instead of or in addition to the Fluid circulation of the cylinder be provided with cooling fins, so that the compression heat is released in whole or in part to the ambient air.

Der beschriebene Verdichter bietet den Vorteil, in einer Stufe, d. h. mit einem Rotor erheblich höhere Druckverhältnisse zu ermöglichen als die bisher üblichen Kreiselverdichter und in Anbetracht der beinahe isothermischen Verdichtung hohe Wirkungsgrade zu ergeben.The compressor described offers the advantage of being able to operate in one stage, i. H. to enable considerably higher pressure ratios than before with a rotor usual centrifugal compressor and considering the almost isothermal compression to result in high efficiencies.

Claims

PATENT CLAIM: Hydraulic rotary compressor in which a for Axis of rotation of a rotating liquid eccentrically mounted rotor with such the liquid circulates that between the rotor and the liquid level at least a sickle-shaped working space is created, which is created by the radial slope of the helical Rotor wall, the axial pitch of which decreases evenly towards the pressure side, is eccentrically displaced in the course of the rotation of the compressor, characterized in that that the rotor wall is stepped axially parallel.